BE1032601B1

BE1032601B1 - Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: BE1032601B1
Application number: BE20245270A
Authority: BE
Inventors: Dénes Kovács; Ferenc Szijarto; Simon Zollitsch; Gergely Horvath
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2024-05-07
Filing date: 2024-05-07
Publication date: 2025-12-08
Also published as: BE1032601A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebseinheit (6) für ein Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen elektrischen Motor (61) mit einer axial erstreckten Motorwelle (611) und eine an den Motor (61) angeschlossene Steuereinheit (62) mit einer Platinenanordnung (7), die mindestens zwei über ein Verbindungselement (73) elektrisch miteinander verbundene, mit Abstand parallel zueinander angeordnete Platinen (71, 72) umfasst, die relativ zu einem axialen Motordeckel (613) des Motors (61) stirnseitig angeordnet sind, und die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauelemente (74, 75) aufweisen. Um eine verbesserte Kühlung zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Platinenanordnung (7) eine motornah angeordnete Leistungsplatine (71) und eine Steuerplatine (72) umfasst, die mit Abstand auf der motorfernen Oberseite (71b) parallel zur Leistungsplatine (71) angeordnet ist, wobei auf der Unterseite (71a) und/oder der Oberseite (71b) der Leistungsplatine (7) Bauelemente (74, 75) angeordnet sind, und wobei zumindest ein auf der Leistungsplatine (7) angeordnetes elektrisches Bauelement (74, 75) thermisch leitend mit dem Motordeckel (613) oder einem zwischen der Leistungsplatine (71) und der Steuerplatine (72) angeordneten Kühlkörper (8) verbunden ist.

Description

Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen elektrischen Motor mit einer axial erstreckten Motorwelle und eine an den Motor ange- schlossene Steuereinheit mit einer Platinenanordnung, die mindestens zwei über ein Verbin- dungselement elektrisch miteinander verbundene, mit Abstand parallel zueinander angeordnete

Platinen umfasst, die relativ zu einem axialen Motordeckel des Motors stirnseitig angeordnet sind, und die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauelemente aufweisen.

Eine derartige Antriebseinheit, welche auch als Power Pack bezeichnet wird, wird in einem elektromotorischen Lenksystem eines Kraftfahrzeugs als elektromotorischer Aktuator einge- setzt, um in einer Hilfskraft-Lenkung ein Unterstützungs-Moment für eine manuelle Lenkeingabe bereitzustellen, oder in einem Steer-by-Wire-Lenksystem einen Lenkeinschlag von lenkbaren

Rädern zu erzeugen.

In der Antriebseinheit sind der elektrische Motor und die daran angeschlossene elektrische

Steuereinheit, welche mit der Stromversorgung und der Lenkungssteuerung des Kraftfahrzeug verbunden ist, zu einer kompakten Baueinheit miteinander vereinigt.

Die elektrischen Schaltungen der Steuereinheit umfassen eine Steuerschaltung, welche elektri- sche Steuersignale von der Lenkungssteuerung empfängt und verarbeitet, und eine davon an- gesteuerte Leistungselektronik, welche für die Bestromung der Motorwicklungen des Motors sorgt.

Es ist bekannt, die elektrischen Schaltungen auf einer Platinenanordnung zu realisieren, bei der die elektrischen Bauelemente auf einer als Träger dienenden Leiterplatte aus Isoliermaterial mit integrierten elektrischen Leiterbahnen, die auch als PCB (printed circuit board) angeordnet und miteinander verschaltet sind. Um eine kompakte Bauform zu realisieren, bei der die Steuerein- heit an die Abmessungen des Motors angepasst ist, ist es bekannt, dass die Platinenanordnung mindestens zwei einzelne, ebene, plattenförmige Platinen umfasst, welche jeweils einen Teil der elektrischen Schaltung aufweisen und über ein Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind. Diese einzelnen Platinen können auf einen axialen Motordeckel des Motors platzsparend senkrecht zu ihrer flächigen Erstreckung übereinander gestapelt angeordnet wer- den.

Im Stand der Technik ist eine Antriebseinheit mit einer derartigen Platinenanordnung in der

US 10,742,096 B2 beschrieben. Diese umfasst zwei ebene, starre Platinen, die auf einem Mo- tordeckel axial, in Richtung der Motorwelle, mit Abstand übereinander angeordnet sind. Dabei sind die elektrischen Bauteile der Steuerschaltung auf der zum Motordeckel benachbarten, mo- tornahen Platine angeordnet.

Im Betrieb fällt insbesondere in den Leistung-Bauelementen, welche die relativ hohen Motor- strôme verarbeiten, wie beispielsweise Hochleistungs-MOSFETs und Leistungskondensatoren, aufgrund der unvermeidlichen Schaltverluste Verlustwärme an, welche die Bauteile aufheizt.

Um eine dadurch verursachte übermäßige Erwärmung der Bauteile zu vermeiden, welche die

Funktion beeinträchtigen und die Lebensdauer reduzieren würde, ist es erforderlich, die Wärme von den besonders belasteten Bauteilen abzuleiten. Die Kühlung der Bauteile erfolgt im Stand der Technik über die Platine, welche zu diesem Zweck Wärmeleitelemente aufweisen kann, und über Wärmeabstrahlung von den Bauteilen in die Umgebung.

Antriebseinheiten der eingangs genannten Art sind ebenfalls aus der WO 2024/082678 A1 oder der CN 115 675 629 A bekannt. Bei diesen treten ebenfalls die vorgenannten Probleme auf.

Bedingt durch die immer höheren Leistungen der Antriebseinheiten und die gleichzeitige Forde- rung nach einer raumsparenden Bauweise fällt auf engem Raum eine höhere Verlustwärme an, die auch bei höchster Beanspruchung im Betrieb sicher von den Bauteilen abgeleitet werden muss. Dies ist bei den im Stand der Technik bekannten Bauformen problematisch.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, eine verbesserte Kühlung zu ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Antriebseinheit mit den Merkmalen des

Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen elektri- schen Motor mit einer axial erstreckten Motorwelle und eine an den Motor angeschlossene

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Steuereinheit mit einer Platinenanordnung, die mindestens zwei über ein Verbindungselement elektrisch miteinander verbundene, mit Abstand parallel zueinander angeordnete Platinen um- fasst, die relativ zu einem axialen Motordeckel des Motors stirnseitig angeordnet sind, und die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauelemente aufweisen, ist erfindungs- gemäß vorgesehen, dass die Platinenanordnung eine motornah angeordnete Leistungsplatine und eine Steuerplatine umfasst, die mit Abstand auf der motorfernen Oberseite parallel zur

Leistungsplatine angeordnet ist, wobei parallel mit Abstand zur Oberseite der Steuerplatine eine

Anschlussplatine angeordnet ist, die Versorgungsanschlüsse aufweist, und die über Hochstrom- leitungen direkt mit der Leistungsplatine verbunden ist, wobei auf der Unterseite und/oder der Oberseite der Leistungsplatine Bauelemente angeordnet sind, und wobei zumindest ein auf der Leistungsplatine angeordnetes elektrisches Bauelement thermisch leitend mit dem Motordeckel oder einem zwischen der Leistungsplatine und der Steuerplatine angeordneten Kühlkörper verbunden ist.

Die Platinen können bevorzugt eben ausgebildet sein, die flächig erstreckt quer zur Motorwelle angeordnet sind.

Die Leistungsplatine weist eine Leistungschaltung auf, die als Bauelemente elektronische Leis- tungssteuerelemente von Endstufen zur Ansteuerung des Motors umfasst, beispielsweise Leis- tungshalbleiter wie MOSFETs, Hochleistungskondensatoren oder dergleichen. Die Endstufen der Leistungsplatine werden von einer auf der Steuerplatine ausgebildeten Steuerschaltung mit

Steuersignalen angesteuert, die beispielsweise Signalverarbeitungs- und Treiberstufen zur An- steuerung der Endstufen aufweist.

Die Aufteilung in eine motornahe Leistungsplatine und eine relativ dazu auf der dem Motorde- ckel abgewandten Seite angeordneten Steuerplatine hat den Vorteil, dass die hohe Leistung von der Leistungsplatine über kurze Leitungswege verlustarm in die Motorwicklungen einge- speist werden kann.

Die Leistungsplatine und die Steuerplatine sind über ein Verbindungselement, wie bevorzugt eine flexible, biegbare Verbindungsplatine, zur Übertragung von Steuersignalen elektrisch mitei- nander verbunden. Dabei können die Leistungsplatine und die Steuerplatine bevorzugt ebene, starre Leiterplatten (PCB = printed circuit board) aufweisen, so das zusammen mit der flexiblen

Verbindungsplatine eine sogenannte semi-flex Leiterplattenanordnung ausgebildet wird. Ein

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Vorteil dieser Bauform ist, dass die Leistungs- und Steuerplatine zur Bestückung mit den Bau- teilen flach in einer Ebene angeordnet werden können, und zur Montage um die Verbindungs- platine gegeneinander umgebogen und dadurch in die platzsparende, sandwich-artige Struktur mit den übereinander liegenden Leistungs- und Steuerplatinen gefaltet werden können.

Erfindungsgemäß ist zusätzlich vorgesehen, dass parallel mit Abstand zur Oberseite der Steu- erplatine eine Anschlussplatine angeordnet ist, die Versorgungsanschlüsse aufweist. Die An- schlussplatine kann eine Leiterplatte umfassen, die bevorzugt starr plattenförmig ausgebildet sein kann, und die bevorzugt oberhalb parallel zur Steuerplatine angeordnet sein kann. Die Ver- sorgungsanschlüsse dienen zur elektrischen Verbindung mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, und sind bevorzugt mit Steckverbindern verbunden, die über korrespondierende Stecker an die

Stromversorgung und die Steuerung des Kraftfahrzeugs anschlieBbar sind. Bevorzugt weisen die Versorgungsanschlüsse Hochstromverbindungen auf, die zur Übertragung der relativ hohen

Motorströme ausgelegt sind. Weiterhin kann die Steuerplatine Drosselspulen, Filter und derglei- chen aufweisen.

Es kann überdies vorteilhaft sein, dass die Steuerplatine nur auf ihrer von der Leistungsplatine angewandten Oberseite elektronische Bauteile aufweist. Diese sind dann durch das gewöhnlich relativ schlecht wärmeleitende Isoliermaterial der Steuerplatine gegen Wämeeinstrahlung von den auf der Oberseite der Leistungsplatine angeordneten Bauteilen zusätzlich abgeschirmt.

Es ist bevorzugt möglich, dass die Anschlussplatine über Hochstromleitungen direkt mit der

Leistungsplatine verbunden ist. Die Hochstromleitungen haben einen im Vergleich zu den Lei- terbahnen der Platinen größeren Leiterquerschnitt, uns sind beispielsweise als massive Strom- schienen ausgebildet. Sie verbinden die Anschlussplatine parallel zur Verbindungs- und Steuer- platine mit der Leistungsplatine. Das hat den Vorteil, dass die relativ hohen Motorströme nicht über die Leiterbahnen der Steuerplatine fließen, wodurch der Übergangswiderstand und Stö- reinflüsse auf die Steuerschaltung minimiert werden können. Die Hochstromleitungen können problemlos als Drahtabschnitte mit relativ großem Leiterquerschnitt realisiert sein.

Zwischen der Oberseite der Leistungsplatine und der Unterseite der Steuerplatine wird ein Zwi- schenraum gebildet. In diesem Zwischenraum kann gemäß der Erfindung ein Kühlkörper ange- ordnet sein, der vorzugsweise seitlich nach außen aus dem Zwischenraum herausgeführt sein kann. Auf der Oberseite der Leistungsplatine angeordnete Bauteile weisen bevorzugt einen di- — rekten thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper auf. Für einen verbesserten Wärmeübergang

> BE2024/5270 ist vorzugsweise an der Kontaktfläche zwischen dem MOSFET und dem Kühlkörper ein Ther- mal Interface Material (TIM) eingebracht, beispielsweise ein Wärmeleitgel oder dergleichen. Der

Kühlkörper ist aus einem thermisch gut leitenden Material ausgebildet, beispielsweise aus ei- nem Metall, bevorzugt Aluminium oder dergleichen. Der Kühlkörper kann auch eine Wärmeleit- einrichtung wie beispielsweise eine Heatpipe oder dergleichen aufweisen.

Zusätzlich oder alternativ können auf der dem Motor zugewandten Unterseite der Leistungspla- tine angeordnete Bauelemente erfindungsgemäß thermisch leitend an den Motordeckel ange- koppelt sein.

Zwischen den zu kühlenden Bauteilen der Leistungsplatine und dem Motordeckel und/oder dem

Kühlkörper ist bevorzugt ein gut wärmeleitender thermischer Kontakt erzeugt, bevorzugt im di- rekten Kontakt unter Einbringung eines Thermal Interface Materials (TIM), beispielsweise eines

Wärmeleitgels oder dergleichen, so dass eine optimaler Kontakt-Wärmeübergang und eine ef- fektive Wärmeableitung von den Bauteilen gewährleistet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass die an den Hochleistungs-Bauteilen der Leis- tungsplatine aufgrund der unvermeidlichen Verlustleistung anfallende, relativ hohe Verlust- wärme effektiv über den Motordeckel und/oder den Kühlkörper von der Platinenanordnung nach außen abgeleitet werden kann. Dadurch kann eine effektive Kühlung der auf der Leistungspla- tine angeordneten Bauteile realisiert werden. Insbesondere kann ein Wärmestau im Zwischen- raum zwischen den Platinen vermieden werden, so dass auch eine übermäßige, potentiell schädliche Erwärmung der Steuerplatine sicher verhindert werden kann.

Durch die verbesserte Kühlung kann insbesondere unter Berücksichtigung der steigenden elektrischen Leistungsanforderungen bei modernen Hochleistungs-Lenkungsantrieben ein kom- pakterer Aufbau der Steuereinheit und damit der Antriebseinheit realisiert werden. Dadurch wird die Betriebssicherheit und die Lebensdauer erhöht.

Es ist vorteilhaft, dass die Leistungsplatine und die Steuerplatine über eine flexible Verbin- dungsplatine miteinander verbunden sind. Dadurch kann zusammen mit ebenen, starren Leiter- platten (PCB) der Steuer- und Verbindungsplatinen eine semi-flex Platinenanordnung gebildet werden, Diese ermöglicht die Steuer- und Verbindungsplatine zur Realisierung einer rationellen

Fertigung und Bestückung in einer durchgehenden Ebene zu positionieren. Zur Montage kann die Platinenanordnung einfach durch Biegen der flexiblen Verbindungsplatine gefaltet werden.

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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Motordeckel und/oder der Kühlkôrper aus einem

Metall ausgebildet sind. Durch die hohe Wärmeleitähigkeit des Metalls, beispielsweise Alumi- nium oder dergleichen, kann eine effektive VVärmeableitung von den Bauteilen und der Plati- nenanordnung realisiert werden.

Vorzugsweise ist der Motordeckel mit einem Motorgehäuse verbunden ist. Der Motordeckel kann als Lagerschild mit einem Lager dienen, in dem die Motorwelle drehbar gelagert ist.

Dadurch, dass der Motordeckel mit dem, bevorzugt metallischen Motorgehäuse thermisch ge- koppelt ist, kann die Wärmeableitung von der Platinenanordnung optimiert werden.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Kühlkôrper in dem Zwischenraum zwischen den

Platinen angeordnet ist. Es ist vorteilhaft, dass er aus dem Zwischenraum seitlich herausgeführt ist. Der Kühlkôrper ist dabei oberhalb der Oberseite der motornahen Leistungsplatine positio- niert und steht in direktem thermischen Kontakt mit zu kühlenden Bauteilen, üblicherweise durch Einbringung eines TIM (siehe oben). Er kann sich seitlich, parallel zur Erstreckung der

Platinen, nach außen über die Flächenerstreckung der Platinen hinaus erstrecken, um die

Wärme aus dem Zwischenraum nach außen abzuleiten. Es ist vorteilhaft, dass der Kühlkörper die auf der Oberseite der Leistungsplatine angeordneten, zu kühlenden Bauteile direkt kontak- tiert, und zur Unterseite der Steuerplatine Abstand hat. Der Abstand bildet einen Luftspalt mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit, so dass eine unerwünschte VVärmeübertragung vom Kühl- kôrper auf die oberhalb der Leistungsplatine angeordnete Steuerplatine weitgehend vermieden werden kann. Zu diesem Zweck kann alternativ oder zusätzlich eine andere wärmeisolierende

Abschirmung zwischen den Kühlkôrper und der Steuerplatine angeordnet sein, beispielsweise eine thermisch isolierende Beschichtung oder dergleichen.

Es kann vorgesehen sein, dass der Kühlkôrper thermisch leitend mit einem die Platinenanord- nung zumindest teilweise umschlieBenden Gehäuse gekoppelt ist, und/oder mit einem Motorge- häuse des Motors. Das Gehäuse kann die Platinenanordnung umschließen und freiliegende

Außenflächen aufweisen, über die von dem Kühlkörper und/oder dem Motordeckel von den

Bauelementen eingeleitete Wärme nach außen an die Umgebung abgegeben werden kann.

Das Gehäuse kann bevorzugt mit dem Motorgehäuse verbunden sein, entweder direkt oder über den Motordeckel. Dadurch, dass ein erfindungsgemäßer Kühlkörper in thermischem Kon- takt mit den Gehäuse ist, kann die Wärme über den Motordeckel nach außen in die Umgebung, und auch in Richtung auf den Motor abgeleitet werden. Vorzugsweise kann dazu das Gehäuse aus einem metallischen oder einem anderen gut wärmeleitenden Werkstoff ausgebildet sein.

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Es ist vorteilhaft, dass mindestens ein Bauelement über seine platinenferne Bauteiloberseite thermisch angekoppelt ist. Bei von oben kühlbaren Bauelementen, beispielsweise sogenannten top-side cooling MOSFETs (TSCM) oder Hybridkondensatoren kann die Kühlung über die der

Platine abgewandten Bauteiloberseite erfolgen, die parallel zur Montageseite der Platine liegt.

Erfindungsgemäß kann die Bauteiloberseite einfach im Wärmeübergang mit dem Motordeckel gekoppelt sein, wenn das Bauteil auf der Unterseite der Leistungsplatine angeordnet ist. Es ist besonders vorteilhaft, dass mindestens ein auf der Oberseite der Leistungsplatine angeordne- tes Bauteil mit einem in dem Zwischenraum zwischen den Platinen angeordneten Kühlkörper gekoppelt ist. Auf diese Weise kann nahezu der gesamte Zwischenraum effektiv zur Unterbrin- gung der Bauteile genutzt werden, wodurch eine nochmals verbesserte Bauraumnutzung erfol- gen kann, im Vergleich zur Anordnung der Bauteile auf der Unterseite der Leistungsplatine. Es ist ebenfalls denkbar und möglich, auf der Unterseite der Steuerplatine angeordnete Bauele- mente, die ebenfalls in den Zwischenraum vorstehen können, durch den dort angeordneten

Kühlkörper zu kühlen. In jedem Fall kann durch eine montage- und fertigungstechnisch einfache

Anordnung eine effektive Kühlung realisiert sein.

Es ist vorteilhaft, dass mindestens ein Bauelement über eine quer zur Platine stehende Bauteil- seitenfläche thermisch angekoppelt ist. Seitlich kühlbare Bauelemente können zusätzlich oder alternativ zu ihrer Bauteiloberseite über quer zur Platinenfläche stehende, seitliche Mantelflä- chen gekühlt werden. Beispielsweise können Hybridkondensatoren mit zylindrischer Außenform über ihre zylindrische Mantelfläche den Kühlkörper oder den Motordeckel effektiv thermisch kontaktieren.

Es ist vorteilhaft, dass der Kühlkörper derart geformt ist, dass er die Bauteiloberseiten und/oder die Bauteilseitenflächen thermisch leitend kontaktieren kann. Beispielsweise können die Bau- teile zumindest teilweise von dem Kühlkörper umschlossen oder umgriffen werden. Der Kühl- körper kann dazu einen entsprechend geformten Metallblock, ein Blechformteil oder derglei- chen umfassen.

Es kann vorgesehen sein, dass das Bauteil mindestens einen TSCM-MOSFET (TSCM = top side cooling MOSFET) und/oder einen Hybridkondensator aufweist.

Es ist zweckmäßig, dass die Leistungsplatine über Motorterminals an den Motor angeschlossen ist. Die Motorterminals sind mit den Ausgängen der Leistungshalbleiter (TSCM-MOSFETSs) ver- bunden, und ebenfalls als Hochstromleitungen ausgebildet, welche eine optimale Speisung der

Motorwicklungen mit hohen Betriebsströmen ermöglichen.

Die Steuerplatine kann Steueranschlüsse aufweisen. Die Steueranschlüsse sind vorzugsweise mit Steckverbindern verbunden, an die korrespondierende Stecker zum Anschluss an die Steu- erung des Kraftfahrzeugs, bevorzugt eine Lenkungssteuereinheit, anschließbar sind.

Es ist bevorzugt, dass die Anschlussplatine in einem die Platinenanordnung zumindest teilweise umschließenden Gehäuse untergebracht ist. Dadurch ist die Steuereinheit geschützt unterge- bracht, und es kann eine kompakte Bauform realisiert sein.

Es ist vorteilhaft, dass das Gehäuse mit den Versorgungsanschlüssen und den Steueranschlüs- sen verbundene Steckverbinder aufweist. Die Steckverbinder sind ausgebildet zum Anschluss der Antriebseinheit an die Stromversorgung und die Steuerung des Kraftfahrzeugs.

Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Lenksystem gemäß Fig.1,

Fig. 3a die Steuereinheit der Antriebseinheit gemäß Fig.2 in einer perspektivischen An- sicht,

Fig. 3b die Steuereinheit gemäß Fig.3a in einer weiteren Ansicht,

Fig. 4a die Steuereinheit gemäß Fig.3a und 3b in einer Seitenansicht,

Fig. 4b einen Schnitt A-A aus Fig.4a.

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Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Lenksystems 1 für ein Kraftfahrzeug. Dieses um- fasst eine Lenksäule 2, die an der Karosserie montierbar ist. Die Lenksäule 2 weist eine dreh- bar gelagert Lenkspindel 21 auf, an der zur Eingabe ein Lenkrad 22 angebracht ist, in das durch

Drehung manuelle Lenkbefehle eingegeben werden können, wie mit dem gebogenen Doppel- pfeil angedeutet ist.

Die Lenkspindel 21 ist Über eine Lenkwelle 23 mit einem Lenkgetriebe 3 verbunden. Dieses weist ein mit der Lenkwelle 23 verbundenes Lenkritzel 31 auf, dass in eine verschieblich gela- gerte Zahnstange 32 eingreift. Dadurch wird eine Drehung der Lenkspindel 21 eine lineare Ver- lagerung der Zahnstange 32 in die eine oder andere Richtung umgesetzt, wie mit dem Doppel- pfeil angedeutet ist.

Die Zahnstange 32 ist über Spurstangen 33 an die Achsschenkel lenkbarer Räder 4 angelenkt, die entsprechend durch eine lineare Verlagerung der Zahnstange 32 eingeschlagen werden.

Zur Realisierung einer Hilfskraftunterstützung kann ein Hilfskraftantrieb 51 an die Lenkwelle 23 angekoppelt sein. Dieser weist eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit 6 auf, die von einer nicht dargestellten elektronischen Lenkungssteuerung ansteuerbar ist, um in Ab- hängigkeit von einem gemessenen Handmoment der manuellen Lenkeingabe ein motorisches

Unterstützungsmoment in die Lenkwelle 23 einzukoppeln. Dadurch wird die von dem Lenkritzel 31 über die Zahnstange 32 ausgeübte Lenkkraft motorisch verstärkt.

Alternativ zu dem Hilfskraftantrieb 51 kann ein Hilfskraftantrieb 52 vorgesehen sein, der eben- falls eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit 6 aufweisen kann. Diese kann über ein Lineargetriebe — wie einen Spindeltrieb, einen Zahnstangetrieb oder dergleichen — eine die Lenkung unterstützende Hilfskraft direkt auf die Zahnstange ausüben.

Bei einer Steer-by-Wire-Lenkung fehlt die mechanische Verbindung durch die Lenkwelle 23. Die

Drehung der Lenkspindel 21, oder einer alternativen manuellen Lenkeingabe, wird elektronisch erfasst und zur Ansteuerung von motorischen Lenk-Aktuatoren genutzt, die im wesentlichen aufgebaut sein können wie die Hilfskraftantriebe 51 oder 52. Der Unterscheid besteht allein da- rin, dass in die Aktuatoren kein mechanisches Handmoment eingegeben wird, sondern die

Lenkkraft allein motorisch durch die Antriebseinheit 6 erzeugt wird.

Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 6 ist in Fig.2 in einer Seitenansicht gezeigt. Diese um- fasst einen elektrischen Motor 61 uns eine Steuereinheit 62.

Der Motor 61 weist eine drehend um eine Achse M antreibbare Motorwelle 611 auf, die in ei- nem Motorgehäuse 612 drehbar gelagert ist, welches einen axial angebrachten Motordeckel 613 aufweist.

Die Steuereinheit 62 ist an dem Motordeckel 613 angebracht und erstreckt sich davon in axialer

Richtung vom Motor 61 weg gerichtet, in Fig.2 nach rechts.

Die Steuereinheit 62 ist in unterschiedlichen Ansichten separat in Fig.3a, 3b, 4a und 4b darge- stellt. Sie weist eine Platinenanordnung 7 auf, die eine motornahe Leistungsplatine 71, eine re- lativ dazu mit axialem Abstand parallel angeordnete (motorferne) Steuerplatine 72 und eine die verbindende Verbindungsplatine 73 auf.

Die Leistungsplatine 71 und die Steuerplatine 72 sind als starre, ebene Platinenabschnitte aus- gebildet, die senkrecht zur Achse M angeordnet sind. Die Verbindungsplatine 73 ist flexibel aus- gebildet, so dass die gesamte Platinenanordnung 7 eine semi-flex Leiterplattenanordnung dar- stellt.

Die Leistungsplatine 71 weist eine dem Motor 61 zugewandte Unterseite 71a, und eine entge- gengesetzt dazu nach oben, gegen die Steuerplatine 72 gerichtete Oberseite 71b auf.

Auf der Unterseite 71a und der Oberseite 71b sind elektronische Bauteile angeordnet, bei- spielsweise TCSM-MOSFETs 74 und Hybridkondensatoren 75. Im gezeigten Beispiel sind die — Hybridkondensatoren 75 nur auf der Oberseite angeordnet. Die TCSM-MOSFETS sind zwar in den Darstellungen nur auf der Unterseite 714 sichtbar, können aber ausdrücklich auch auf der

Oberseite 71b und auf der Unterseite 71a angeordnet sein, oder auch nur auf der Oberseite 71b.

Indem Zwischenraum zwischen der Leistungsplatine 71 und der Steuerplatine 72 ist ein erfin- dungsgemäßer Kühlkörper 8 angeordnet. Dieser kann wie im gezeigten Beispiel eine massive

Platte, bevorzugt aus Aluminium odereinem anderen gut wärmeleitfähigen Material aufweisen.

Der Kühlkörper 8 hat vorzugsweise über seine gesamte Erstreckung axialen Abstand zu der darüber angeordneten Steuerplatine 72.

Der Kühlkörper 8 kann mechanisch fixiert und thermisch leitend mit Gehäusestreben 81 verbun- den sein, welche Bestandteil eines hier nicht vollständig gezeigten Gehäuses der Steuereinheit sein können.

Die auf der Leistungsplatine 71 angeordneten Hybridkondensatoren 75 können formschlüssig von dem Kühlkörper 8 in thermischem Kontakt umgriffen sein, beispielsweise uaf ihren Bauteil- seitenflächen und/oder auf ihren Bauteiloberseiten. Dies ist in dem durch den Zwischenraum zwischen den Platinen 71 und 72 gelegten Querschnitt A-A gemäß Fig.4a erkennbar, der in

Fig.4b in einer axialen Sicht gezeigt ist.

Es ist weiter möglich, dass auf der Oberseite 71b der Leistungsplatine 71 angeordnete TSCM-

MOSFETs 74mit ihrer von der Leistungsplatine 71 nach oben abgewandten Bauteiloberseite den Kühlkörper 8 thermisch kontaktieren.

Au der Unterseite 71a angebrachte TSCM-MOSFETs 74 können zur Kühlung mit dem Motorde- ckel 613 thermisch verbunden sein.

Es kann vorteilhaft sein, dass die Steuerplatine 72 nur auf ihrer von der Leistungsplatine 71 nach oben abgewandten Oberseite elektronische Bauelemente trägt. Diese sind durch die Steu- erplatine 72, d.h. konkret durch das schlecht wärmeleitende Isoliermaterial der Platinen-Träger- platte, gegen Wärmeeinstrahlung von den auf der Oberseite der Leistungsplatine 71 ange- brachten Hybridkondensatoren 75, TSCM-MOSFETs 74 und dem Kühlkörper 8 thermisch abge- schirmt.

Auf der dem Motor 61 abgewandten Seite kann oberhalb der Steuerplatine 72 eine Anschluss- platine 76 angeordnet sein. Diese kann über Steuer- und Versorgungsleitungen 77 mit der

Steuerplatine 72 und der Leistungsplatine 71 verbunden sein.

Zum Anschluss an das Kraftfahrzeug-Bordnetz und die Lenkungs-Steuereinheit können die

Steuer- und Versorgungsleitungen 77 mit Steckverbindern 78 verbunden sein.

Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 2 Lenksäule 21 Lenkspindel 22 Lenkrad 23 Lenkwelle 3 Lenkgetriebe 31 Lenkritzel 32 Zahnstange 33 Spurstange 4 Rad 51, 52 Hilfskraftantrieb 6 Antriebseinheit 61 Motor 611 Motorwelle 612 Motorgehäuse 613 Motordeckel 62 Steuereinheit 7 Platinenanordnung 71 Leistungsplatine 71a Unterseite 71b Oberseite 72 Steuerplatine 73 Verbindungsplatine 74 TSCM-MOSosFET 75 Hybridkondensator 76 Anschlussplatine 77 Steuer- und Versorgungsleitungen 78 Steckverbinder 8 Kühlkörper 81 Gehäusestrebe

M Achse

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Antriebseinheit (6) für ein Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen elektri- schen Motor (61) mit einer axial erstreckten Motorwelle (611) und eine an den Motor (61) angeschlossene Steuereinheit (62) mit einer Platinenanordnung (7), die mindestens zwei über ein Verbindungselement (73) elektrisch miteinander verbundene, mit Abstand parallel zueinander angeordnete Platinen (71, 72) umfasst, die relativ zu einem axialen Motordeckel (613) des Motors (61) stirnseitig angeordnet sind, und die über Leiterbah- nen miteinander verbundene elektrische Bauelemente (74, 75) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Platinenanordnung (7) eine motornah angeordnete Leistungsplatine (71) und eine Steuerplatine (72) umfasst, die mit Abstand auf der motorfernen Oberseite (71b) parallel zur Leistungsplatine (71) angeordnet ist, wobei parallel mit Abstand zur Ober- seite der Steuerplatine (72) eine Anschlussplatine (76) angeordnet ist, die Versorgungs- anschlüsse aufweist, und die über Hochstromleitungen direkt mit der Leistungsplatine (71) verbunden ist, wobei auf der Unterseite (71a) und/oder der Oberseite (71b) der Leistungsplatine (7) Bauelemente (74, 75) angeordnet sind, und wobei zumindest ein auf der Leistungsplatine (7) angeordnetes elektrisches Bauele- ment (74, 75) thermisch leitend mit dem Motordeckel (613) oder einem zwischen der Leistungsplatine (71) und der Steuerplatine (72) angeordneten Kühlkörper (8) verbun- den ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsplatine (71) und die Steuerplatine (72) über eine flexible Verbindungsplatine (73) miteinander verbunden sind.

3. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordeckel (613) und/oder der Kühlkörper (8) aus einem Metall ausgebildet sind.

4. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordeckel (613) mit einem Motorgehäuse (612) verbunden ist.

5. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (8) in dem Zwischenraum zwischen den Platinen (71, 72) angeord- net ist.

6. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (8) thermisch leitend mit einem die Platinenanordnung (7) zumin- dest teilweise umschließenden Gehäuse gekoppelt ist, und/oder mit einem Motorge- häuse (612) des Motors (61).

7. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauelement (74, 75) über seine platinenferne Bauteiloberseite thermisch angekoppelt ist.

8. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauelement (74, 75) über eine quer zur Platine (71, 72) stehende Bauteilseitenfläche thermisch angekoppelt ist.

9. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mindestens einen TSCM-MOSFET (74) und/oder einen Hybridkonden- sator (75) aufweist.

10. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsplatine (71) über Motorterminals an den Motor (61) angeschlossen ist.

11. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (72) Steueranschlüsse aufweist.

12. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussplatine (76) in einem die Platinenanordnung (7) zumindest teilweise umschließenden Gehäuse untergebracht ist.

13. Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit den Versorgungsanschlüssen und den Steueranschlüssen verbundene Steckverbinder (78) aufweist.